AS_03_2021

Automazione e Strumentazione Aprile 2021 SCENARI primo piano 37 al protocollo Internet; questo significa che il TSN può essere utilizzato in qualsiasi ambiente e può trasportare il carico utile di qualsiasi applicazione industriale. La serie di standard tecnici aperti IEEE 802.1, che si vanno via via definendo, puntano quindi a stabilire il determinismo con l’ulteriore risul- tato di portare alla convergenza l’IT (il livello informatico) con l’OT (il livello produttivo). Ciò consentirà a una sola rete Ethernet industriale di gestire dati sia ciclici che transitori, garantendo la consegna puntuale dei dati time-critical. In par- ticolare, le innovative reti TSN sono progettate per pianificare con efficienza il traffico, evitando possibili ritardi. Quattro componenti chiave servono a supportare nel TSN le comunicazioni in tempo reale. Anzitutto la tempistica e sincronizzazione. La sincronizzazione temporale rappresenta la base del determinismo, poiché assicura che tutti i dispositivi su una rete condividano la stessa origine del tempo; ciò consente di minimizzare le probabilità che ci siano scostamenti temporali in grado di causare ritardi e variazioni nel trasfe- rimento dei dati, favorendo così il trasferimento puntuale e prevedibile del traffico dati critico. Un secondo elemento è la bassa latenza limitata . Una rete di fronthaul mobile basata su Ethernet trasporterà probabilmente più tipi di traffico; all’interno di questi tipi di traffico, TSN imple- menta una varietà di meccanismi di qualità del servizio a livello di switch per fornire la perdita di congestione zero, la latenza deterministica e il jitter minimo richiesto. Altra componente è la elevata disponibilità e affidabilità . Una rete robusta deve far fronte a interruzioni di corrente, guasti di switch e inter- ruzioni di fibra; ma le reti Ethernet sono reti a pacchetti con bridge, non anelli Sonet/Stm a tolleranza di errore, pertanto in TSN sono stati integrati diversi meccanismi a livello di rete per garantire disponibilità e affidabilità end-to-end: Infine la migliore gestione delle risorse : il con- cetto di percorsi attraverso la rete è analogo ai circuiti tradizionali orientati alla connessione e TSN consente la gestione centralizzata della rete di percorsi e dispositivi. Un ulteriore elemento interessante - ben messo in evidenza in un libro bianco sul TSN preparato da John Browett e Thomas J. Burke per Clpa - riguarda la capacità di utilizzare con maggiore efficienza una caratteristica tipicamente prefissata come la larghezza di banda. “Le funzioni di pri- oritizzazione del protocollo TSN allocano la lar- ghezza di banda richiesta in modo che tutto il traf- fico possa fluire nella rete senza che i dati meno critici interferiscano con quelli di maggiore prio- rità. In passato, molte tecnologie Industrial Ether- net utilizzavano 100 Mbit di larghezza di banda. Il protocollo TSN consentirà di utilizzare questa larghezza di banda con maggiore efficienza, ma le maggiori quantità dei dati generate da Industry 4.0 spingono il trend verso la larghezza di banda Gigabit. Il protocollo TSN è in una posizione eccellente per beneficiare di tale trend”. Fattore cruciale: il tempo Le apparecchiature di rete IT standard non hanno il concetto di “tempo” e non possono fornire sin- cronizzazione e temporizzazione di precisione. D’altra parte, fornire dati in modo affidabile è più importante che consegnarli entro un tempo specifico, quindi non ci sono particolari vincoli al ritardo o alla precisione della sincronizzazione. Non è così per le reti industriali. E infatti, come la stessa denominazione suggerisce, il “tempo” è proprio l’aspetto principale del TSN che si può definire come una tecnologia concentrata sul tempo. Il TSN è stato sviluppato per garantire che le informazioni possano viaggiare dal punto A al punto B in un periodo di tempo fisso e pre- vedibile; e la prevedibilità consente una maggiore efficienza. La base per assicurare il determinismo è, come abbiamo detto, la condivisione del concetto di tempo. La si ottiene utilizzando il Precision Time Protocol attraverso i due profili IEEE 802.1AS e IEEE 802.1ASRev: sono loro che consentono a tutti gli elementi di rete di cui condividere lo stesso concetto di tempo. La chiave per fornire la consegna puntuale dei frame TSN è il profilo 802.1Qbv che definisce un mezzo per trasmettere alcuni frame Ethernet TSN in base a una pianificazione, consentendo la tra- smissione di frame Ethernet non TSN sulla base Con la rete TSN si realizza la convergenza tra i livelli OT e IT